Giáo trình Điện tử cơ bản (Ngành:Công nghệ ô tô) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

Chia sẻ: Agatha25 Agatha25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử cơ bản cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm cơ bản và giới thiệu về đồng hồ VOM; Linh kiện thụ động; Linh kiện bán dẫn; Các mạch điện tử cơ bản; Các mạch điện tử trong ô tô. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử cơ bản (Ngành:Công nghệ ô tô) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

NN N N T ÀN P Ố ẢI P ÒNG TRƯỜNG C O ĐẲNG CÔNG NG IỆP ẢI P ÒNG Năm 2018 GIÁO TRÌNH ĐIỆN T C ẢN NG CÔNG NG Ệ Ô TÔ TRÌN ĐỘ C O ĐẲNG ải Phòng, năm 2019 3
TU ÊN Ố ẢN QU N Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 4
LỜI GIỚI T IỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Công nghệ ô tô ở trình độ Cao đẳng, giáo trình Điện tử c bản là một trong những giáo trình môn học/môđun đào tạo chuyên ngành. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 30 giờ gồm có: MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM MH08-02: Linh kiện thụ động MH08-03: Linh kiện bán dẫn MH08-04: Các mạch điện tử c bản MH08-05: Các mạch điện tử trong ô tô Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện h n. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử - Điện lạnh Trường Cao đẳng nghề công nghiệp Thanh Hóa, tỉnh Thanh Hóa. Thanh Hóa, ngày ….. tháng ….. năm 2019 Tổ bộ môn 5
6
MỤC LỤC 7
8
9
10
GIÁO TRÌN MÔN ỌC Tên môn h : Điện tử c bản M môn h : MH 07 Vị trí, tính hất, ý nghĩa và vai trò ủa môn h : + Vị trí ủa môn h : Môn học được bố trí dạy sau khi học xong các môn học c sở như: Tin học, điện kỹ thuật và học trước khi học các mô đun chuyên sâu như: Kỹ thuật chung về ô tô, bảo dưỡng và sửa chữa điện thân xe, chẩn đoán kỹ thuật ô tô... nghĩa và vai trò ủa môn h : Điện tử c bản là môn học nói về tất cả các linh kiện cần thiết để tạo nên các mạch điện tử, bằng cách ghép nối các linh kiện trong một mạch điện tử và làm cho nó hoạt động. Vì thế, việc hiểu đặc điểm cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của linh kiện, đánh giá đầy đủ các đặc tính, ứng dụng các giá trị của chúng là việc đầu tiên một người thợ sửa chữa, lắp ráp thiết bị điện tử phải tìm hiểu. Đối với học viên học công nghệ ô tô thì cuốn sách này sẽ giúp tìm hiểu các thông số kỹ thuật, tính năng và ứng dụng của các linh kiện điện tử sử dụng trong các mạch điện c bản, mạch đánh lửa của ô tô. Nếu mục đích của công việc là có kiến thức và kỹ năng để sửa chữa thì việc làm hiệu quả nhất của học viên là hiểu rõ các tính năng, thực hiện được cách đo kiểm tra các thông số các linh kiện, ứng dụng thực tế và thay thế các vật liệu, linh kiện đã bị hỏng. Hy vọng rằng cuốn giáo trình này đề cập được phần lớn những lĩnh vực mà học viên cần biết để sao cho những mạch điện tử trở thành đối tượng dễ hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa và đem lại cho học viên những thông tin cần biết. Tính hất ủa môn h : Là môn học bắt buộc M ti ủa môn h : Về kiến thứ - Phân tích được đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động của các linh kiện kiện điện tử thông dụng. - Nhận dạng chính xác ký hiệu của linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng. Về kỹ năng - Đo, kiểm tra được hư hỏng của các linh kiện điện tử - Đọc, phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện tử c bản Về năng t hủ và hị tr h nhi m: - Rèn luyện tính tỷ mỉ chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp - Làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, chịu trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhóm. Nội ng ủa môn h : MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM MH08-02: Linh kiện thụ động MH08-03: Linh kiện bán dẫn MH08-04: Các mạch điện tử c bản MH08-05: Các mạch điện tử trong ô tô 11
ÀI 1: ÁI NIỆM C ẢN VÀ GIỚI T IỆU V Đ NG VOM Mã bài: MH08-01 Giới thi Trong bài học này sẽ nêu lên các tính chất, ứng dụng của d ng điện, các vật liệu điện sử dụng trong đời sống dân dụng và công nghiệp. Ngoài ra c n giới thiệu về chức năng của đồng hồ VOM, đây là dụng cụ thường xuyên sử dụng đối với người kỹ thuật viên để kiểm tra và sửa chữa các linh kiện, cách mạch điện - điện tử... M ti - Nêu được khái niệm về d ng điện, d ng điện một chiều - Nêu được các tính chất c bản của vật liệu điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ. - Nêu được chức năng của đồng hồ VOM. - Hiểu, vận dụng đồng hồ VOM để kiểm tra linh kiện, mạch điện - điện tử - Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập. 1 ÁI NIỆM V ÒNG ĐIỆN 1 1 òng i n và òng i n một hiề Khi ta nối vật tích điện với vật không tích điện bằng vật dẫn thì các điện tích sẽ chuyển dời từ qua sang hình 1-1a , tạo thành d ng điện tích qua vật dẫn . Các điện tích chuyển dời được chính là do lực điện trường tác dụng lên chúng theo một hướng nhất định. Trên hình 1-1, hướng điện trường là từ về B. nh 1-1 òng i n tí h h n i tr ng v t n t thành òng i n nh 1-2 Ng n i n tr òng i n a và b m tr òng n ớ b Khi nối hai bản cực của tụ điện hình 1-1) bằng một dây dẫn . Tụ điện sẽ phóng điện, các điện tích dư ng chuyển dời từ bản qua về và các điện âm chuyển dời từ qua về . Như vậy, trong dây dẫn cũng có d ng điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của lực điện trường. 12
- Định nghĩa: ng điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của lực điện trường gọi là d ng điện. - Điều kiện duy trì d ng điện, nguồn điện Muốn có d ng điện tích chuyển động, trong vật dẫn phải có lực điện trường. hình 1-1a và b, d ng điện chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Khi điện tích quả cầu giảm đi, điện tích quả cầu tăng lên, điện thế ở và trở nên bằng nhau. Hiệu điện thế giữa chúng bằng không, nên không có lực điện trường tác dụng lên điện tích nữa, các điện tích ngừng di chuyển từ về , d ng điện thế cũng mất. Muốn duy trì d ng điện liện tục trong vật dẫn , ta phải đưa các điện tích từ về . Khi đó giữa và vẫn duy trì một điện trường và các điện tích lại tiếp tục di chuyển từ qua về hình 1-2a . Điều đó cũng tư ng tự nước chảy từ bình sang bình hình 1-2b qua ống O. Nếu không có b m b m nước từ lên thì nước chảy qua O. Khi độ chênh mực nước h giữa và c n. au một thời gian, mực nước ở và bằng nhau, nước thôi chảy qua O. Nhờ b m, nước được đưa từ về , duy trì độ chênh mực nước h, và do đó duy trì liên tục d ng nước qua ống O. Như vậy, điều kiện duy trì d ng nước là có độ chênh mức nước h. Tư ng tự điều kiện duy trì d ng điện trong vật dẫn là phải duy trì độ chênh điện thế giữa đầu và cuối vật dẫn, tức phải có một điện áp đặt vào vật dẫn. Thiết bị duy trì độ chênh điện thế để tạo ra d ng điện trong mạch điện gọi là nguồn điện. Nguồn điện trong mạch điện cũng có vai tr như b m trong mạch thủy lực. - Như ta đã biết, trong kim loại có các điện tử tự do, bình thường, các điện tử tự do tham gia vào chuyển động nhiệt h n loại và dao động xung quanh các nút mạng tinh thể hình 1- a , nên kim loại trung h a về điện và trong kim loại không có d ng điện nh 1- Đi n t t tr ng kim i a và òng i n tr ng kim i b và Khi đặt kim loại vào trong một điện trường hình 1- b các điện tử sẽ chịu tác dụng một lực điện trường theo cũng một hướng ngược chiều với chiều điện trường vì điện tử tích điện âm , nên chúng sẽ di chuyển theo hướng ngược với chiều điện trường, tạo thành d ng điện. Vậy, 13
Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển dời của các điện tích dư ng, tức theo chiều của điện trường, trong khi đó, d ng điện tử lại di chuyển ngược với chiều điện trường. Vậy chiều di chuyển của d ng điện tử trong kim loại ngược với chiều quy ước của d ng điện hình 1-3c). - ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân: Thực nghiệm chứng tỏ rằng các dung dịch điện phân là vật dẫn tốt. Nhúng vào dung dịch điện phân hai thanh kim loại làm điện cực rồi nối tới nguồn điện, ta thấy có d ng điện qua mạch hình 1-4). nh 1- òng i n a ng ị h i n h n Cực nối tới cực dư ng nguồn gọi là anốt, cực nối tới cực âm nguồn gọi là catốt. Ta biết trong dung dịch điện phân, các phân tử muối, axit, ba kiềm đều bị phân tích thành các phần tử mang điện, gọi là ion. Đó là hiện tượng điện ly. Chẳng hạn, muối ăn tan trong nước sẽ điện ly theo phư ng trình sau: CaCl Na+ + Cl- Các ion dư ng như Na+ gọi là calion, các ion âm như Cl-). ọi là anion. ình thường, các ion trong dung dịch tham gia chuyển động nhiệt. Chúng chuyển động h n loại, nên không tạo thành d ng điện. Khi đặt vào nguồn điện, lực điện trường sẽ bắt các ion chuyển dời có hướng: anion chuyển về phía anốt, c n cation về phía catốt tức ion dư ng chuyển động theo chiều điện trường, c n ion âm chuyển động ngược chiều điện trường . Kết quả là trong dung dịch, có d ng điện, chiều quy ước từ anốt về catốt Vậy d ng điện trong chất điện phân là d ng các ion chuyển dời có hướng do tác dụng của lực điện trường. Hiện tượng điện phân: Khi d ng điện qua dung dịch muối ăn, anion Cl- đi về cực dư ng anốt c n cation Na+ đi về cực âm catốt . Tại cực dư ng Cl- nhường bớt điện tử cho điện cực vì cực dư ng luôn luôn thiếu điện tử và trở thành nguyên tử clot rung h a. cực âm, cation Na+ thu thêm điện tử ở điện cực vì cực âm luôn luôn thiếu điện tử trở thành nguyên tử Na giải phóng ở cực âm. Kết quả là phân tử muối ăn bị d ng điện phân tích thành clo ở cực dư ng và natri ở cực âm. Nếu dung dịch điện phân là một muối của đồng thì ở cực âm, ta sẽ thu được kim loại đồng. Như vậy, khi d ng điện qua chất điện phân, sẽ xảy ra hiện tượng phân tích chất điện phân, giải phóng kim loại hoặc hyđrô ở cực âm. Đó là hiện tượng điện phân ng điện qua dung dịch càng lớn và càng lâu, thì lư ng kim loại giải phóng ở âm cực càng lớn. Như vậy, giữa điện tích qua dung dịch điện phân và lượng chất được giải phóng, có mối quan hệ tỷ lệ. uan hệ này đã được arađây thiết lập từ thực nghiệm vào các năm 1833-1834. 14
Hiện tượng cực dư ng tán: Ta xét trường hợp cực dư ng làm bằng kim loại cùng loại với dung dịch điện phân, chẳng hạn ta điện phân dung dịch đồng sun at hay 1 loại muối đồng tan nào đó , với cực dư ng làm bằng đồng. Khi đó cation Ca ++ đi về cực âm catốt và nhận thêm điện tử, trở thành nguyên tử đồng bám vào catốt, Các anion O 4-- đi về cực dư ng và phản ứng tạo thành muối đồng: SO4-- + Cu = CuSO4 + 2e- Đồng sun at vừa được tạo thành lại tan vào dung dịch, bổ sung lượng muối đồng vừa được phân tích. Kết quả là cực dư ng bằng đồng bị h a tan dần vào dung dịch, c n cực âm thì có một lớp mới được giải phóng, c n lượng muối đồng trong dung dịch không thay đổi. Đó là hiện tượng cực dư ng tan. * - Trong luyện kim, hiện tượng điện phân được ứng dụng để tinh chế và điều chế một số kim loại. Muốn tinh chế kim loại, người ta ứng dụng hiện tượng cực dư ng tan. Chẳng hạn, để tinh chế đồng, người ta dùng thanh đồng cần tinh chế làm cực dư ng, dung dịch điện phân là muối đồng tan. Khi d ng điện qua dung dịch, thanh đồng bị h a tan dần, và ở cực âm sẽ hình thành một lớp đồng tinh khiết. Để điều chế kim loại, luyện kim bằng d ng điện, người ta tiến hành điện phân quặng kim loại nóng chảy hoặc các dung dịch muối của chúng. Chẳng hạn, để luyện nhôm, người ta điện phân quặng bâu xit nhôm ôxit l 2O3) nóng chảy trong criolit để luyện natri, người ta điện phân muối ăn NaCl nóng chảy. - Mạ là phư ng pháp dùng d ng điện để phủ lên các đồ vật một lớp kim loại không gỉ như: bạc, vàng... Muốn mạ một vật nào đó, cần làm sạch bề mặt cần mạ rồi nhúng vào bình điện phân làm thành cực âm. Cực dư ng là thỏi kim loại của lớp mạ như bạc, vàng, tùy theo muốn mạ lớp kim loại nào . ung dịch điện phân là một muối tan của kim loại mạ. Khi d ng điện qua dung dịch, một lớp kim loại mạ sẽ phủ kín bề mặt cần mạ, c n cự dư ng bị m n dần. Tùy theo cường độ và thời gian d ng điện qua mà ta có lớp kim loại phủ mỏng hay dày. - Ta làm thí nghiệm như sau: đặt hai bản cực song song cách nhau trong khống khí rồi nối vào nguồn điện hình 1-5). Đặt điện kế để phát hiện d ng điện trong mạch. Kim điện kế chỉ số không, báo cho biết trong mạch không có d ng điện. Như vậy, bình thường chất khí không dẫn điện. Nếu ta đốt nóng không khí giữa hai bản cực hoặc chiếu vào đó một chùm bức xạ mạnh thì kim điện nh 1- Thí nghi m về kế lệch đi,báo cho biết trong mạch có d ng điện. n i n ủa hất khí Điều đó được giả thích như sau: ình thường chất khí có rất ít điện tử tự do, nên chất khí không dẫn điện. Khi có tác nhân ion hóa các nguyên tử bị kích thích và một số điện tử thoát ra trở thành điện tử tự do, nguyên tử trở thành ion dư ng. 15
Một số nguyên tử trung h a lại nhận them điện tử tự do trở thành ion âm. ưới tác dụng của điện trường, ion dư ng chuyển động về cực âm catốt K , c n điện tử và ion âm chuyển động về cực dư ng anốt , tạo nên d ng điện. Vậy d ng điện trong chất khí là d ng các điện tử và các ion chuyển dời có hướng trong điện trường. * thí nghiệm vẽ trên hình 1-5, nếu ta tăng dần điện áp giữa hai bản cực -K đo bằng vôn mét V , thì quá trình phóng điện qua chất khí trải qua các giai đoạn sau: 1- iai đoạn phóng điện tối: đó là giai đoạn điện áp c n thấp, d ng điện qua chất khí do các điện tử và ion hình thành dưới tác dụng của yếu tố kích thích bên ngoài. Lúc đầu, điện áp tăng d ng điện cũng tăng. au đó, tất cả các điện tử và ion sinh ra đã tham gia chuyển động thành d ng điện cả thì d ng điện không tăng nữa, ta có d ng điện bão h a. Đặc điểm của giai đoạn phóng điện tối là chất khí không phát sáng, và nếu bỏ tác nhân ion hóa thì d ng điện cũng hết, nên c n gọi là phóng điện không tự duy trì. 2- Giai đoạn phóng điện tia lửa: c n gọi là giai đoạn phóng điện phát sáng. Đó là giai đoạn điện áp đã khá cao, điện trường giữa hai điện cực – K đủ mạnh, gia tốc các điện tử và ion gây va chạm với các phần tử khí, làm bật ra các điện tử tự do và do đó tạo thành ion mới. Kết quả là mật độ điện tử và ion tăng đột ngột, d ng điện tăng lên rất lớn, khối khí bị đốt nóng và phát sáng. ấy giờ nếu ta bỏ nguồn gây ion đi, d ng điện trong mạch vẫn c n phóng điện tự duy trì . 3- Phóng điện hồ quang: giai đoạn phóng điện hồ quang xảy ra khi khối khí bị đốt nóng dữ dội, điện tử tự do được tạo ra rất nhiều, chuyển động trong điện trường mạnh. Chúng chuyển động rất nhanh, đến đập vào anốt nóng đến sáng chói đến 000 . Đặc điểm của dạng phóng điện này là nhiệt độ rất cao,phát ra ánh sáng chói, giàu tia tử ngoại và cực dư ng bị m n đi nhanh chóng và không cần tác nhân ion hóa bên ngoài, nên cũng thuộc dạng phóng điện tự duy trì. Trong thực tế người ta có thể tạo thành hồ quang như sau: nối hai điện cực than với một nguồn điện khoảng 0- 0V, cho tiếp xúc với nhau rồi tách chúng ra một khoảng ngắn hình 1- . Ngay lập tức một tia lửa sáng chói bật lên giữa hai điện cực, tạo thành hồ quang. uan sát ta sẽ thấy cực dư ng anốt rất sáng và bị m n dần, c n cực am anốt có một khoảng h i nh 1-6: T thành h ang i n tối h n, gọi là khoảng tối âm cực. Nguyên tắc này được ứng dụng làm đèn hồ quang. Hồ quang cũng sinh ra khi ta đóng ngắt cầu dao điện. Với điện áp lớn thì hồ quang này rất nguy hiểm. Vì thế ở các thiết bị đóng cắt điện áp cao, d ng điện lớn, cần có biện pháp dập nhanh hồ quang một cách tin cậy. 16
nh 1- àn i n h ang Hồ quang điện có ứng dụng rất phong phú trong kỹ thuật. Hình 1-7; vẽ s đồ hàn điện hồ quang. Nguồn điện hàn do máy phát điện hoặc máy biến áp hàn cung cấp, một cự nguồn nối với kim loại cần hàn, cực kia nối tới mỏ hàn. Hồ quang sinh ra ở ch hàn làm chảy que hàn lấp kín mối hàn. ue hàn có phủ thuốc hàn để đánh sạch mối hàn. Thực tế, người ta dùng ngay que hàn làm đầu mỏ hàn 2. Theo nguyên tắc này, ta có thể cắt hoặc khoan kim loại bằng hồ quang. uá trình phóng điện trong chất khí là c sở để chế tạo các đền có khí như đèn ống, đèn gadôtrôn, tiratrôn, nêôn v.v... 1.2. Quy ớ ủa òng i n Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển động của các điện tích dư ng. Như vậy, trong vật dẫn, d ng điện sẽ đi từ n i có điện thế cao từ , hình 1-2a) đến n i có điện thế thấp đến . Ngược lại, trong nguồn điện, d ng điện đi từ cực có điện thế thấp đến cực có điện thế cao h n. Cực có điện thế cao của nguồn gọi là cực dư ng , cực kia là cực âm - hình 1-8) nh 1-8 ớ về hiề òng i n nh 1-9 Đ thị ủa òng i n th th i gian 1 C ng ộ òng i n và m t ộ òng i n a. C Để xác định độ lớn của d ng điện, người ta dùng đại lượng gọi là cường độ d ng điện, được định nghĩa như sau: Định nghĩa: Cường độ d ng điện là lượng điện tích qua tiết diện của dây dẫn trong một đ n vị thời gian tính bằng sec . Nếu trong thời gian t, lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn q, thì cường độ d ng điện xác định bằng biểu thức: q I (1.1) t đây, là cường độ d ng điện. Trong hệ đ n vị đo lường hợp pháp Việt Nam, q tính ra culông, t ra sec thì tính ra ampe, ký hiệu . Nếu q 1C, t 1s thì 1 . Vậy ampe là cường độ của 17
d ng điện mà m i giây có điện tích 1 culông qua tiết diện dây dẫn. ội số của ampe là kilôampe k ước số miliampe m và microampe A). 1kA = 1000A = 103A 1mA = 0,001A = 10-3A 1A = 0,000001A = 10-6A = 10-3mA -1: Tụ điện tích điện đến .10-6, rồi phóng trong thời gian 0,001s. Tính cường độ d ng điện trung bình trong thời gian phóng. : p dụng 1-1 để tính trị số cường độ d ng điện phóng trung bình: q I = 5. 10-3 A t -2: Tính điện tích nạp vào bộ ắc quy trong 0 phút, biết d ng điện nạp là 10 . i: đây t 0phut 1 00s. từ 1-1 rút ra biểu thức tính điện tích nạp vào acquy: q = I.t = 10. 1800 = 18000C cường độ d ng điện cũng thường được gọi tắt là d ng điện. b. Mật độ d ng điện là đại lượng đo bằng tỷ số giữa d ng điện qua dây dẫn và tiết diện dây: I δ (1.2) s đây  đen - ta là ký hiệu của mật độ d ng điện. Nếu 1 thì  . Vậy ý nghĩa của  là mật độ d ng điện chính là cường độ d ng điện qua một đ n vị tiết diện dây dẫn. Trong thực hành, tính ra tính ra mm2, nên đ n vị của mật độ d ng điện là /mm2. -3: ruột cáp bằng nhôm, tiết diện 2 mm2 có d ng điện làm việc cho phép là 0 . Tính mật độ d ng điện cho phép. p dụng 1-2 , ta xác định được mật độ d ng điện cho phép trong ruột cáp. I δ = 2,8 A/mm2 s Như vậy, m i mm2 tiết diện ruột cáp cho phép d ng điện 2, đi qua. 2 ÁI NIỆM V V T LIỆU ĐIỆN Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện, dây dẫn hoặc những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây… được gọi là vật liệu điện. Vật liệu điện được chia thành nhóm, gồm: - Vật liệu dẫn điện - Vật liệu cách điện - Vật liệu dẫn từ. au đây sẽ giới thiệu khái quát về đặc điểm, tính chất cũng như phạm vi ứng dụng của từng loại. 21 V t i n i n Vật liệu dẫn điện là những vật liệu cho d ng điện đi qua nó, hầu hết những vật liệu này đều ở thể rắn, là những kim loại hoặc hợp kim. Ngoài ra cũng có một 18
số vật liệu dẫn điện ở thể khí như h i thủy ngân hoặc thể lỏng như các dung dịch điện phân . Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận mang điện trong hệ thống điện, trong máy móc, trong thiết bị, khí cụ điện. Vật liệu dẫn điện có các tính chất c bản sau:  1 - Điện dẫn suất của vật liệu       (1.3) - Hệ số nhiệt của điện trở suất - Nhiệt dẫn suất - Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động - iới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tư ng đối khi đứt. Đi n tr là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở d ng điện của vật liệu. ét về mặt kết cấu, điện trở của vật liệu điện được tính như sau: l R (1.4) s l: chiều dài của vật dẫn m : là tiết diện của vật dẫn m2] : là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu m R: là điện trở của vật dẫn ựa vào biểu thức trên ta thấy: Nếu có hai vật dẫn khác nhau khác chất , nhưng có cùng chiều dài, cùng tiết diện thì vật nào có điện trở suất lớn h n thì vật đó sẽ có điện trở cao h n, nghĩa là d ng điện chạy qua nó sẽ khó khăn h n. Đi n tr ất là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện hay cách điện của vật liệu. Nó phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Nếu vật có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt và ngược lại. iá trị điện trở suất của một số vật liệu thông dụng cho trong bảng sau: ảng 1 Đi n tr ất ủa kim i V t i m ng ng Đồng 1,75.10-8 Làm dây dẫn,tiếp điểm, thanh -8 Đồng thau Cu n (7-8). 10 cái... Nhôm 2,9. 10-8 Vonfram 5,6. 10-8 ùng làm bộ phận đốt nóng Constantan (60%Cu+ 40%Ni) (49 - 51). 10-8 trong thiết bị gia nhiệt Maiso (Cu+ Zn+ Ni) 30. 10-8 Maganin (86%Cu + 12% Mn+2% Ni) 42. 10-8 Thủy tinh 109 ùng làm vật liệu cách điện ầu máy biến áp 1010-1013 Nhựa PVC 1013-1014 ứ 1013 19
c. - Các vật liệu dẫn điện đều có những đặc điểm sau đây: - Điện trở suất thấp - Hầu hết đều là kim loại và hợp kim - Có độ bền tốt, d o, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi…  Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện người ta thường căn cứ vào: - Tùy vào nhu cầu sử dụng mà người ta chọn vật liệu có điện trở suất phù hợp. Ví dụ: như khi chế tạo dây dẫn thường dùng đồng, nhôm có  bé , c n khi làm các dây đốt nóng thì dùng các loại hợp kim như constantan, maiso… có  lớn h n . - Tùy vào quy trình làm việc mà chọn vật liệu có độ bền c , thích hợp, ví dụ: Để tăng đó bền kéo cho dây dẫn người ta dùng dây có lõi thép, tiếp điểm thì dùng đồng thau, đồng thanh. + Căn cứ vào mức độ dẫn điện của vật liệu, người ta chia VL Đ thành 2 nhóm chính: - vì điện trở suất  nhỏ nên điện trở cũng nhỏ theo, các vật liệu này thường làm dây dẫn, các bộ phân mang điện chính như tiếp điểm, thanh cái… kim loại đặc trưng cho nhóm này là đồng, nhôm hoặc hợp kim của đồng. - nhóm này có điện trở tư ng đối lớn nên dùng làm các bộ phận đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt hoặc dây tóc bóng đèn như maganin, von ram… đặc điểm chung của nhóm này là khả năng chịu nhiệt rất cao có thể lên đến hàng nghìn oC.  - : có mầu đỏ, điện trở suất nhỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, độ bền c cao, tốc độ ăn m n chậm, dễ gia công, dễ hàn nối. Đồng là một trong những kim loại chủ lực để chế tạo dây dẫn điện, dây quấn máy điện, các bộ phận trong máy điện, khí cụ điện… Khi chế tạo dây dẫn, thỏi đồng lúc đầu được cán nóng thành dây có đường kính (6,5-7,2) mm, sau đó được rửa sạch trong dung dịch axít sun uric loảng để khử đồng ôxít CuO sinh ra trên bề mặt khi đốt nóng đồng, cuối cùng kéo nguội thành sợi có đường kính cần thiết đến (0,03 - 0,02) mm. nh 1-10: V t i hế t ộng i n Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ, ở 20oC có điện trở suất là: 17,241.10-8 m. Người ta thường dùng số liệu này làm gốc để đáng giá điện dẫn suất của các kim loại và hợp kim khác. 20
Tính chất c của dây dẫn bằng đồng được cho trong bảng 2: ảng 2 Tính hất ủa n Đồng Tính chất Đ n vị đo MT MM iới hạn bền kéo không nhỏ h n KG/mm2 36 - 39 26 - 28 Độ dãn dài tư ng đối khi đứt % 0,5 - 2,5 18 - 35 không nhỏ h n Điện trở suất không nhỏ h n m 1,79. 10-8 1,754.10-8 ua bảng trên ta thấy ảnh hưởng rất mạnh của quá trình gia công đến tính chất c của vật liệu làm dây dẫn, cũng như ảnh hưởng của nhiệt luyện đến điện trở suất của kim loại. Trong một số trường hợp, ngoài đồng tinh khiết c n sử dụng cả hợp kim đồng với một lượng nhỏ thiếc, silic, phốtpho, beri, crôm, magiê, cadimi.v.v… làm vật dẫn. Có hai loại hợp kim đồng thường sử dụng là đồng thau và đồng thanh. là hợp kim của đồng với kẽm với thành phần kẽm chứa trong đồng thau không quá . Nếu thành phần kẽm chứa ít h n 2 thì đồng thau có độ d o nhưng độ bền giảm. Nếu thành phần kẽm chứa nhiều h n 2 thì đồng thau có độ bền tăng nhưng giảm độ d o. Đồng thau được sử dụng nhiều trong ngành điện v.v… nh 1-11 Nh m hế t n Là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại khác trừ kẽm. Nếu trong đồng thanh chỉ có hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên, nếu có nhiều h n hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên. Đồng thanh có đặc tính dễ cắt gọt và tính chống ăn m n cao, một số đồng thanh c n có tính chống mài m n làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục. Đồng thanh có tính chất đúc tốt, đồng thanh với những thành phần thích hợp nó có những tính chất c học tốt h n đồng. Điện trở suất của đồng thanh cao h n đồng tinh khiết, đồng thanh cũng được sử dụng rộng rãi để chế tạo l xo dẫn điện,làm các tiếp điểm đặc biệt là tiếp điểm trượt. 21
Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật bảng : ảng 3: Tính hất h kim ủa kim i ng iới hạn bền Độ dãn dài Điện dẫn Hợp kim Trạng thái kéo kg/mm2) tư ng đối khi so với đồng đứt Đồng thanh kéo nguội 95 Đến 1 50 cadimi 83 - 90 Đến 4 (0,9% cd) Đồng thanh 0, kéo nguội 55 - 60 29 55 %Cd; 0,6%Sn) 50 - 55 Đến 4 Đồng thanh kéo nguội 15 - 18 37 45 (2,5%Al; 2%Sn) 15 - 18 Đến 4 Đồng thanh phốt kéo nguội 10 - 15 40 60 pho 10 - 15 105 3 Đồng thau kéo nguội 25 32 – 35 60 - 70 25 Đến 5 2- a. Nhôm: Sau đồng, nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện, nhôm có điện dẫn suất cao nó chỉ thua bạc, đồng và thiếc , trong lượng riêng nhỏ 2, /cm3 , tính chất vật liệu và hóa học cho ta khả năng dùng nó làm dây dẫn điện. Nhôm có mầu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nh nghĩa là kim loại có khối lượng riêng nhỏ h n 5 G/cm3 . Khối lượng riêng của nhôm đúc gần bằng 2, /cm3, nhôm cán là 2, G/cm3, nh h n đồng , lần. Hệ số nhiệt độ, dãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt nóng chảy của nhôm đều lớn h n đồng. nh 1-12 Nh m hế t n m sau: u điểm: - iá thành thấp - Trọng lượng nh nên được dùng để chế tạo, tụ điện, các đường dây tải điện trên không, những đường cáp này để có điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn nên giảm được hiện tượng phóng điện vầng quang. 22